反應堆冷卻系統失水(LOCA)后鋯合金包殼與水蒸汽劇烈反應釋放大量的熱量和氫氣，可能引起氫爆炸[1,2]
在鋯包殼表面涂覆Cr[3,4]、CrAl[5]、FeCrAl[6]、Ti2AlC[7]和TiAlN/TiN[8]等涂層，可提高鋯合金的抗蒸汽氧化性能
Cr涂層是耐事故燃料(ATF)包殼候選涂層，在高溫蒸汽或高溫高壓水環境中具有優異的抗氧化性和耐腐蝕性能[3,4,9,10]
Park[4]采用電弧離子鍍在Zr-4合金表面制備了厚度約為10 μm的Cr涂層，在1200℃蒸汽氧化2000 s后增重約為鋯合金基體的1/2
在360℃/18.7 MPa靜態水溶液中腐蝕60 d后，Cr涂層試樣的腐蝕增重僅為鋯合金基體的18.5%[9]
但是，在高溫高壓水環境服役條件下，Zr和Cr之間較大的電位差使Zr和Cr直接接觸易發生電偶腐蝕[11,12]
同時，在高溫蒸汽環境中Cr涂層與鋯基體界面易發生嚴重的互擴散，生成吸氫的ZrCr2和Zr(Fe, Cr)2相使Cr涂層/Zr包殼體系的韌性降低[3,13]
因此，必須在Cr涂層和Zr基體之間插入絕緣層以防止電偶腐蝕和Cr向內擴散
近年來，用微弧氧化(MAO)在鋯合金上制備ZrO2陶瓷膜受到了極大的關注
ZrO2涂層在高溫高壓水溶液中具有良好的耐腐性和耐磨性[14,15]
目前，硅酸鹽、鋁酸鹽和磷酸鹽電解液用于在Zr基體上制備ZrO2陶瓷膜[16~18]
與其它電解液相比，在磷酸鹽電解液中制備的ZrO2涂層更致密均勻[16]
同時，致密的ZrO2陶瓷膜具有優良的阻氫特性[19]
因此，可在Cr涂層和Zr基體之間插入用MAO技術制備ZrO2絕緣膜，可避免在正常服役條件下發生電偶腐蝕和阻止高溫蒸汽環境中Cr向鋯基體內擴散
用磁過濾陰極真空弧離子鍍(FCVAD)技術制備的等離子體彌散性好、離化率高、無宏觀大顆粒污染且沉積能量可調，可在金屬、陶瓷和塑料材料上沉積致密均勻的薄膜[20,21]
本文用MAO技術在Zr-2合金表面制備ZrO2薄膜，然后用FCVAD技術在MAO膜表面沉積Cr涂層，在900~1100℃蒸汽環境中評估Zr-2合金基體和ZrO2/Cr復合膜的蒸汽氧化性能并討論其蒸汽氧化機理
1 實驗方法
將實驗用Zr-2合金線切割成尺寸為10 mm×10 mm×1 mm的樣品，用不同型號的水砂紙依次打磨
然后用雙極性電
聲明：
“Zr-2合金表面ZrO2/Cr復合膜的高溫蒸汽氧化行為” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：王興平,薛文斌,王文選
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2025年07月09日 ~ 11日 
